电解质溶液中微粒在图像中的变化趋势分析

龚孝斐

(贵州省凯里市第八中学)

化学反应原理作为高中阶段化学教学的重点和难点,在高考中的考查方式也发生了较大改变,由原来的直接比较微粒浓度大小,转变为通过分析微粒变化图像,全面考查电解质溶液知识,成为高考化学试题中的压轴题,极易成为学生的失分点.本文从电解质溶液中微粒在图像中的变化趋势入手,分析此类试题的命题方式,以期帮助学生厘清同类试题的解题思路.

1 溶液导电性变化曲线

溶液的导电能力是研究化学反应原理的基础,一般用于判断电解质的强弱,反映两种物质反应后溶液中微粒浓度的变化情况,用于考查学生的分析能力及知识应用能力.在分析溶液导电性变化趋势时,不仅要关注反应前物质的性质,还要注意反应过程中溶液可能发生的变化.

例1(2019年全国Ⅰ卷)NaOH 溶液滴定邻苯二甲酸氢钾(邻苯二甲酸H2A 的Ka1＝1.1×10－3,Ka2＝3.9×10－6)溶液,混合溶液的相对导电能力变化曲线如图1所示,其中b点为反应终点.下列叙述错误的是( ).

图1

A.混合溶液的导电能力与离子浓度和种类有关

B.Na＋与A2－的导电能力之和大于HA－的

C.b点的混合溶液pH＝7

D.c点的混合溶液中,有

c(Na＋)＞c(K＋)＞c(OH－)

分析混合溶液的导电能力与离子浓度和种类有关,选项A 叙述正确.由图像可知a点主要存在K＋和HA－,b点主要存在K＋、Na＋和A2－.b点K＋浓度比a点小,且导电性强于a点,说明Na＋与A2－的导电能力之和大于HA－,选项B 叙述正确.由题给数据可知,H2A 为二元弱酸,b点溶质为Na2A、K2A,为强碱弱酸盐,溶液呈碱性,则pH＞7,选项C叙述错误.c点NaOH 过量,则n(NaOH)＞n(KHA),溶液呈碱性,可知c(Na＋)＞c(K＋)＞c(OH－),选项D 叙述正确.答案为C.

此类试题基础性较强,解题的关键是抓住“溶液的导电能力与离子浓度成正比”这一核心.学生在平时的复习中,要熟练掌握常见强弱电解质,了解它们在水溶液中的变化,知道强弱电解质与导电能力没有必然的联系,如BaSO4是强电解质,但难溶于水,导电能力弱.

2 水的电离平衡曲线

水是弱电解质,能发生微弱的电离,且水的电离是吸热过程,升高温度有利于电离平衡向右移动,如此便为命题者提供了丰富的命题角度,不仅可以以水为核心进行设问,还可以结合其他物质在水中的变化对水电离出的c(H＋)或c(OH－)进行设问.

例2(2023年上海卷)将0.1 mol•L－1NaOH溶液分别滴入20mL0.1mol•L－1HX 溶液与20mL 0.1mol•L－1HCl溶液中,其pH 随滴入NaOH 溶液体积变化情况如图2所示.下列说法正确的是( ).

图2

A.b点:c(X－)•c(OH－)＝10－12mol2•L－2

B.c点:c(X－)－c(HX)＝c(OH－)－c(H＋)

C.a、d点溶液混合后呈酸性

D.水的电离程度:d＞c＞b＞a

分析由图可知,0.1mol•L－1HX 溶液的pH＝6,0.1mol•L－1HCl溶液的pH＝1,则HX 为弱电解质,25℃HX溶液中

b点溶液中c(X－)•c(OH－)≈c(H＋)•c(OH－)＝Kw＝10－14mol2•L－2,选项A 错误.c点中 溶质为NaX 和HX,且c(NaX)＝c(HX),物料守恒关系为c(X－)＋c(HX)＝2c(Na＋),电荷守恒关系为

则c(HX)－c(X－)＝2c(OH－)－2c(H＋),选项B错误.a点溶液中

n(HCl)＝0.01L×0.1mol•L－1＝0.001mol,d点溶液中n(NaX)＝0.002mol,a、d点溶液混合后溶质为NaX 和HX,且c(NaX)＝c(HX),类似于图中c点组成,溶液呈碱性,选项C错误.由图可知,溶液中a点的c(H＋)大于b点的,酸抑制水的电离,c(H＋)越大,抑制作用越强,则水的电离b＞a;c、d点溶液促进水的电离,d点的c(X－)大于c点的,c(X－)越大,水的电离程度越大,则水的电离d＞c,故水的电离程度:d＞c＞b＞a,选项D 正确.答案为D.

水是“最简单”也是“最复杂”的化学物质,十分“多变”又十分“稳定”.首先,“水显中性”与“水的pH＝7”并不对等,在不同的温度下水中的c(H＋)和c(OH－)是不同的,pH 也是不同的,可直接由c(H＋)计算水的pH.其次,在其他水溶液的电离平衡或水解平衡中水依然存在电离平衡,但水电离出的c(H＋)和c(OH－)与水溶液的pH 没有必然的联系,要分析H＋或OH－的来源计算溶液的pH.最后,在温度相同时,任何水溶液中,水电离出的c(H＋)和c(OH－)始终是相等的,且溶度积是一定的.

3 弱电解质电离及盐类水解平衡曲线

高中阶段主要研究弱酸或弱碱的电离平衡,在设置问题时一般会依据教材给出新的概念,如pC、lgc等.此类试题综合性较强,解题的关键是读懂图像中的变化趋势,分清各曲线代表的微粒变化.盐类水解涉及的知识点较多,一般以图像的形式对其进行考查,是近年新高考形式下的新题型,以体现化学反应原理在生产、生活中的应用.

例3若定义pC是溶液中微粒物质的量浓度的负对数.常温下,一定浓度的某酸(H2A)的水溶液中pC(H2A)、pC(HA－)、pC(A2－)随着溶液pH 的变化曲线如图3所示.下列说法正确的是( ).

图3

A.pH＝3时,c(H2A)＝c(A2－)＞c(HA－)

B.c(H2A)＋c(HA－)＋c(A2－)是定值

C.HA－的水解平衡常数为10－12.7

D.任何时候,溶液中都存在:

分析由题图可知,pC 越大,微粒浓度越小,由此可判断曲线Ⅰ表示pC(HA－),曲线Ⅱ表示pC(H2A),曲线Ⅲ表示pC(A2－),由此分析各选项.pH＝3 时,pC(H2A)＝pC(A2－)＞pC(HA－),故c(HA－)＞c(H2A)＝c(A2－),选项A 错误.根据物料守恒可知,n(H2A)＋n(HA－)＋n(A2－)为定值,但溶液的pH 改变时,溶液的体积可能发生了改变,三者浓度之和不一定是定值,选项B 错误.HA－的水解平衡常数表达式为.由题图可知,pH＝1.3时,c(HA－)＝c(H2A),溶液中c(H＋)＝10－1.3mol•L－1,c(OH－)＝10－12.7mol•L－1,所以HA－的水解平衡常数为10－12.7,选项C 正确.溶液pH 增大的过程可能加入了某种碱,溶液中含有其他金属阳离子,由电荷守恒可知,c(H＋)与c(OH－)＋c(HA－)＋2c(A2－)不相等,选项D 错误.答案为C.

解答此题时首先要弄懂pC 的含义,可类比较为熟悉的pH,把其中的H＋转化为各微粒,即pC越大微粒浓度越小,如此便可分析图像中各曲线代表的微粒浓度.水解平衡常数和电离平衡常数也是此类试题的高频考点,在解题时首先要明确图像中各曲线交点的含义,然后依据水解或电离方程式写出相应的水解或电离平衡常数表达式,最后由相应的pH 确定c(H＋)或c(OH－)即可.

综上,电解质溶液中微粒在图像中的变化趋势多种多样,灵活掌握电解质溶液中的微粒浓度变化,熟悉各种命题方式,提高自身的学习能力及图像分析能力,是解答此类试题的关键.

(完)